(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、２相位相変調方式で変調された光信号を４相位相変調方式に基づき変調された光信号に変換できる変調方式変換器を提供する。【解決手段】  変調方式変換器は、２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器であって、前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフト手段と、前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフト手段と、前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフト手段により１ビットシフトされ、前記位相シフト手段により位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整手段と、前記振幅調整手段により最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
2013030869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器であって、
前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフト手段と、
前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフト手段と、
前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフト手段により１ビットシフトされ、前記位相シフト手段により位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整手段と、
前記振幅調整手段により最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波手段と、
を備えることを特徴とする変調方式変換器。
【請求項２】
前記合波手段は、合波した信号から重複したビットを抽出することで前記出力光信号を生成する抽出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の変調方式変換器。
【請求項３】
前記入力光信号から、先頭ビットのタイミング及び１ビットの周期を検出する検出手段をさらに備え、
前記抽出手段は、前記合波した信号から前記検出手段が検出した先頭ビットのタイミングから１ビット間隔で信号を抽出することで前記出力光信号を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の変調方式変換器。
【請求項４】
２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器であって、
前記入力光信号に含まれる連続する２ビットのうち、一方のビットの位相をπ／２回転させ前記２つのビットの振幅をそろえる調整手段と、
前記２つのビットを合波する合波手段と、
を備えることを特徴とする変調方式変換器。
【請求項５】
２相位相変調方式で変調された第１光信号を用いて通信を行う第１光ネットワークと、４相位相変調方式で変換された第２光信号を用いて通信を行う第２光ネットワークとの間を中継する中継器であって、
前記第１光信号を受信し、入力光信号を生成する受信器と、
前記入力信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器と、
前記出力光信号を前記第２光信号として送信する送信器と、
を備え、
前記変調方式変換器は、
前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフト手段と、
前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフト手段と、
前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフト手段により１ビットシフトされ、前記位相シフト手段により位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整手段と、
前記振幅調整手段により最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波手段と、
を備えることを特徴とする中継器。
【請求項６】
２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式の変換方法であって、
前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフトステップと、
前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフトステップと、
前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフトステップにより１ビットシフトされ、前記位相シフトステップにより位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整ステップと、
前記振幅調整ステップにより最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波ステップと、
を備えることを特徴とする変調方式の変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信における変調方式変換器、中継器、及び変調方式の変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を用いた光通信ネットワーク内での通信には、光信号の位相を変調した位相変調が用いられることが多い。位相変調には、「０」又は「１」であらわされる１ビットデータに対して「θ」又は「θ＋π」を割り当てて光信号を変調する２相位相変調方式や、「００」、「０１」、「１０」、または「１１」であらわされる２ビットデータに対して、「φ」、「φ＋π／２」、「φ＋π」、又は「φ−π／２」を割り当てて光信号を変調する４相位相変調方式がある（θ、φは任意の角度）。
【０００３】
近年、光通信システムが発達してきており、地域ごとに多くの光通信ネットワークが構築されている。このように多くの光通信ネットワークが構築されると、光信号の位相変調方式の共通化は困難であり、各光通信ネットワークによって光信号の位相変調方式が異なる状態が生じる。位相変調方式が互いに異なる光通信ネットワーク間で光通信を行う場合、位相変調方式を変換する必要がある。例えば、第１光通信ネットワークでは光信号を２相位相変調方式で変調しており、第２光通信ネットワークでは光信号を４相位相変調方式で変調している場合を考える。第１光通信ネットワークに属するユーザから第２光通信ネットワークに属するユーザに光信号を伝送すると、第１光通信ネットワークと第２光通信ネットワークとの間で２相位相変調方式に基づき変調された光信号を４相位相変調方式に基づき変調された光信号に変換する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２相位相変調方式に基づき変調された光信号を４相位相変調方式に基づき変調された光信号に変換する方法として、例えば２相位相変調方式に基づき変調された光信号を電気信号に復調し、復調した電気信号をさらに４相位相変調方式で変調することで、４相位相変調方式に基づき変調された光信号を得る方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、２相位相変調の光信号を一度電気信号に復調し、４相位相変調の光信号を得る方法では、２相位相変調の光信号を復調する復調器と電気信号を４相位相変調方式で変調する変調器とが必要となり、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本開示は、上述の点を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、２相位相変調方式で変調された光信号を４相位相変調方式に基づき変調された光信号に変換できる変調方式変換器、中継器、及び変調方式の変換方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る変調方式変換器は、２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器であって、前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフト手段と、前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフト手段と、前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフト手段により１ビットシフトされ、前記位相シフト手段により位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整手段と、前記振幅調整手段により最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る中継器は、２相位相変調方式で変調された第１光信号を用いて通信を行う第１光ネットワークと、４相位相変調方式で変換された第２光信号を用いて通信を行う第２光ネットワークとの間を中継する中継器であって、前記第１光信号を受信し、入力光信号を生成する受信器と、前記入力信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式変換器と、前記出力光信号を前記第２光信号として送信する送信器と、を備え、前記変調方式変換器は、前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフト手段と、前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフト手段と、前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフト手段により１ビットシフトされ、前記位相シフト手段により位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整手段と、前記振幅調整手段により最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る変調方式の変換方法は、２相位相変調方式で変調された入力光信号を４相位相変調方式で変調された出力光信号に変換する変調方式の変換方法であって、前記入力光信号を１ビットシフトするビットシフトステップと、前記入力光信号の位相をπ／２回転させる位相シフトステップと、前記入力光信号の最大振幅と、前記入力光信号が前記ビットシフトステップにより１ビットシフトされ、前記位相シフトステップにより位相をπ／２回転されたシフト信号の最大振幅とをそろえる振幅調整ステップと、前記振幅調整ステップにより最大振幅がそろえられた前記入力光信号及び前記シフト信号を合波し、前記出力光信号を生成する合波ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で、２相位相変調方式で変調された光信号を４相位相変調方式に基づき変調された光信号に変換できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光通信ネットワークを示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る中継器を示す図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る変調方式変換器を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る２相光信号を示す図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る４相光信号を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る変調方式の変換方法を説明する図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る調整信号と第２の光信号の位相関係を示す図。
【図８】本発明の第１実施形態に係る４相光信号の一例を示す図。
【図９】本発明の第１実施形態に係る送信信号を示す図。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る調整信号と第２の光信号の位相関係を示す図。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る変調方式変換器を示す図。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る中継器を示す図。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る中継器を示す図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る遅延線干渉計を示す図。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る遅延線干渉計の伝達関数を示す図。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る中継器の実験結果を示す図。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る調整信号と第２の光信号の位相関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光通信ネットワークを示す図である。本実施形態の光通信ネットワークには、２相位相変調方式で変調された光信号を用いて光通信を行う第１光通信ネットワーク１と、４相位相変調方式で変調された光信号を用いて光通信を行う第２光通信ネットワーク２とが存在し、第１光通信ネットワーク１と第２光通信ネットワーク２との間で中継器１００を介して光通信を行う。
【００１４】
中継器１００は、２相位相変調方式で変調された光信号を、４相位相変調方式で変調された光信号に変調することで、第１光通信ネットワーク１の光信号を第２光通信ネットワーク２に中継する。中継器１００は、第１光通信ネットワーク１に属してもよく、また第２光通信ネットワーク２に属してもよい。あるいは第１、第２光通信ネットワーク１，２とは独立して中継器１００を設けてもよい。
【００１５】
次に、図２を用いて中継器１００の詳細を説明する。中継器１００は、２相変調方式で変調された光信号を第１光通信ネットワーク１から受信する受信器１１０と、受信した光信号を４相変調方式で変調された光信号に変換する変調方式変換器１２０と、４相変調方式で変調された光信号を第２光通信ネットワーク２に送信する送信器１３０とを有する。
【００１６】
受信器１１０は、図示しないが例えば第１光通信ネットワーク１から送信された光信号を受信する受光部や、受信した光信号を増幅する増幅部、受信した光信号の帯域外信号を遮断するバンドパスフィルタなどを備えている。受信器１１０は、受信した光信号に、増幅やフィルタ処理等の信号処理を施し、変調方式変換器１２０に信号処理を施した光信号を渡す。
【００１７】
変調方式変換器１２０は、受信器１１０から受け取った２相位相変調方式で変調された光信号（以下、２相光信号と称する。）を、４相位相変調方式で変調された光信号（以下、４相光信号と称する。）に変換する。変調方式変換器１２０の詳細については後述する。
【００１８】
送信器１３０は、図示しないが例えば、変調方式変換器１２０が変換した４相光信号の帯域外信号を遮断するバンドパスフィルタや、４相光信号を増幅する増幅部等を備えている。送信器１３０は、４相光信号にフィルタ処理や増幅等の信号処理を施し、第２光通信ネットワーク２に信号処理を施した４相光信号を送信する。
【００１９】
続いて変調方式変換器１２０の詳細について説明する。変調方式変換器１２０は、２相光信号を４相光信号に変換する。変調方式変換器１２０は、２相光信号と、この２相光信号の１ビット後の光信号の位相を−π／２回転させた光信号とを合波することで、４相光信号を得る。
【００２０】
図３に示すように、変調方式変換器１２０は、２相光信号を２つに分波する分波器１２１と、分波した光信号の一方を位相やビットをシフトするシフト器１２２と、分波した光信号のうちシフト器１２２を通過した光信号と通過していない光信号とを合波する合波器１２３と、合波器１２３が合波した信号から２相光信号が有するビット情報と同じ情報を有する信号を抽出する信号抽出器１２７を備える。
【００２１】
分波器１２１は、２相光信号を２つに分波し、第１の光信号と、第２の光信号とを生成する。分波器１２１は、第１の光信号をシフト器１２２に、第２の光信号を合波器１２３に渡す。
【００２２】
シフト器１２２は、第１の光信号の位相をシフトする位相シフト器１２４と、第１の光信号を１ビットシフトするビットシフト器１２５と、第１の光信号の振幅を調整する振幅調整器１２６とを備える。
位相シフト器１２４は、第１の光信号の位相を−π／２回転させる。ビットシフト器１２５は、第１の光信号を１ビットに相当する期間（以下、１ビット周期と称する。）だけ遅延させることで、第１の光信号を１ビットシフトさせる。振幅調整器１２６は、第１の光信号の最大振幅が第２の光信号の最大振幅と略同じになるよう、第１の光信号の最大振幅を調整する。
シフト器１２２は、位相シフト、ビットシフト、及び振幅調整をした第１の光信号を合波器１２３に渡す。
【００２３】
合波器１２３は、シフト器１２２から受け取った第１の光信号と、分波器１２１から受け取った第２の光信号とを合波することで４相光信号を生成する。信号抽出器１２７は、２相光信号が有するビット情報と同じ情報を有する信号を４相光信号から抽出し、送信光信号を生成する。
【００２４】
図４を用いて、変調方式変換器１２０によって２相光信号を４相光信号に変換する原理について説明する。
変調方式変換器１２０に入力される２相光信号は、図４（ａ）に示すように、一定の１ビット周期毎に搬送波に「０」又は「１」の１ビット情報を割り当てた信号である。具体的には、図４（ｂ）に示すように、「０」の情報を送る場合は搬送波の位相を「０」に、「１」の情報を送る場合は「π」に変調することで、搬送波に「０」、「１」の情報を重畳する。
【００２５】
図４（ａ）の例では、先頭の１ビット目から順に「０，１，０，０，・・・」の信号を２相位相変調方式で変調すること得られる２相光信号の位相は、１ビット周期毎に「０，π，０，０，・・・」となる。
【００２６】
変調方式変換器１２０によって変換される４相光信号は、図５（ａ）に示すように、第２光信号と同じ１ビット周期毎に搬送波に「００」、「０１」、「１０」又は「１１」の２ビット情報を割り当てた信号である。具体的には、図５（ｂ）に示すように、「００」の情報を送る場合は搬送波の位相を「−π／４」に、「０１」の情報を送る場合は「π／４」に、「１１」の情報を送る場合は「３π／４」に、「１０」の情報を送る場合は「−３π／４」に変調することで、搬送波に１ビット周期毎に２ビットの情報を重畳する。
【００２７】
図５（ａ）の例では、先頭の１ビット目から順に「０１，１０，０１，００，・・・」の信号を４相位相変調方式で変調することで得られる４相光信号の位相は、１ビット周期毎に「π／４，−３π／４，π／４，−π／４，・・・」となる。
【００２８】
変調方式変換器１２０に入力された２相光信号は、図３の分波器１２１によって第１の光信号と第２の光信号とに分波される。図６に分波器１２１によって分波された第１の光信号Ｓ１０と第２の光信号Ｓ２０とを示す。図６（ａ）は、第１の光信号Ｓ１０を示す図であり、図６（ｂ）は、第２の光信号Ｓ２０を示す図である。分波した第１の光信号Ｓ１０と第２の光信号Ｓ２０は、分波前の２相光信号と最大振幅が異なるが、それ以外の位相や１ビット周期等は２相光信号と同じ信号となる。
【００２９】
第１の光信号Ｓ１０は、分波器１２１からシフト器１２２へと入力される。シフト器１２２に入力された第１の光信号Ｓ１０は、まず位相シフト器１２４に入力される。図６（ｄ）に示すように、位相シフト器１２４は、第１の光信号Ｓ１０の位相を−π／２回転し、図６（ｃ）に示す位相回転信号Ｓ２１を生成する。図６（ｄ）に示すように、位相シフト器１２４は、第１の光信号Ｓ１０の位相が「０」の場合、この位相「０」を−π／２回転し、位相が「−π／２」の位相回転信号Ｓ１１を生成する。位相シフト器１２４は、第１の光信号Ｓ１０の位相が「π」の場合、この位相「π」を−π／２回転し、位相が「π／２」の位相回転信号Ｓ１１を生成する。
【００３０】
図６（ａ）に示すように、第１の光信号Ｓ１０の位相が１ビット目から順に「０，π，０，０，・・・」の場合、位相シフト器１２４は、第１の光信号Ｓ１０の位相を回転し、１ビット目から順に「−π／２，π／２，−π／２，−π／２，・・・」の位相を有する位相回転信号Ｓ１１を生成する。
【００３１】
位相回転信号Ｓ１１は、位相シフト器１２４から１ビットシフト器１２５へと入力される。１ビットシフト器１２５は、例えば１ビット周期だけ位相回転信号Ｓ１１を遅延させる遅延器である。１ビットシフト器１２５は、位相回転信号Ｓ１１を１ビット遅延させ遅延信号Ｓ１２を生成する。図６（ｅ）に示す例では、１ビットシフト器１２５は、図６（ｃ）に示す位相回転信号Ｓ１１を１ビットシフトし、１ビット目が振幅、位相ともにゼロであり、２ビット目から順に「−π／２，π／２，−π／２，−π／２，・・・」の位相を有する遅延信号（シフト信号）Ｓ１２を生成する。遅延信号Ｓ１２は、振幅調整器１２６へと入力される。
【００３２】
振幅調整器１２６は、遅延信号Ｓ１２の最大振幅を調整し、調整信号Ｓ１３を生成する。振幅調整器１２６は、遅延信号Ｓ１２の最大振幅と第２の光信号Ｓ２０の最大振幅とが略等しくなるように、遅延信号Ｓ１２の振幅を調整する。
【００３３】
このように、シフト器１２２は、第１の光信号Ｓ１０から調整信号Ｓ１３を生成する。
調整信号Ｓ１３及び第２の光信号Ｓ２０は、合波器１２３にそれぞれ入力され、合波されて４相光信号となる。以下、調整信号Ｓ１３及び第２の光信号Ｓ２０を合波すると４相光信号となる原理について説明する。
【００３４】
図７は、調整信号Ｓ１３の位相と第２の光信号Ｓ２０の位相をＩ−Ｑ平面にマッピングした図である。図７の点線で示すように、第２の光信号Ｓ２０は、Ｉ−Ｑ平面のＩ軸上にマッピングされた２相位相変調方式で変調された信号である。調整信号Ｓ１３は、位相シフト器１２４で第１の光信号Ｓ１０の位相を−π／２回転した信号であるため、図７の一点鎖線で示すように、Ｉ−Ｑ平面のＱ軸上にマッピングされた２相位相変調方式で変調された信号である。また、振幅調整器１２６で第２の光信号Ｓ２０の最大振幅と、調整信号Ｓ１３の最大振幅が略等しくなるよう調整しているため、原点から各マッピングされる点までの距離も略等しくなる。従って、合波器１２３で第２の光信号Ｓ２０と調整信号Ｓ１３とを合波することで、図５に示すように４相位相変調方式で変調された信号である４相光信号が得られる。
【００３５】
具体的に、図８に、図６（ｂ）に示す第２の光信号Ｓ２０と、図６（ｅ）に示す調整信号Ｓ１３とを合波した４相光信号Ｓ３０を示す。第２の光信号Ｓ２０は、１ビット目から順に「０，１，０，０，１，・・・」の情報を有する、すなわち、信号の位相が１ビット目から順に「０，π，０，０，π，・・・」となっている。調整信号Ｓ１３は、１ビット目から順に「０，１，０，０，１，・・・」の情報を有する第１の光信号の位相等を調整したもので、信号の位相が２ビット目から順に「−π／２，π／２，−π／２，−π／２，・・・」となっている。また、第２の光信号Ｓ２０及び調整信号Ｓ１３の最大振幅をＡとする。
【００３６】
この場合、調整信号Ｓ１３の１ビット目が振幅、位相共にゼロの信号のため、４相光信号Ｓ３０の１ビット目は、第２の光信号Ｓ２０の１ビット目と同じ信号、すなわち振幅がＡで位相が「０」の信号となる。第２の光信号Ｓ２０の２ビット目は、振幅Ａ、位相「π」の信号であり、調整信号Ｓ１３の２ビット目は、振幅Ａ、位相「−π／２」の信号であるため、４相光信号の２ビット目は、振幅が「√２Ａ」、位相が「−３π／４」の信号となる。４相光信号の３ビット目以降は、振幅が「√２Ａ」、位相が順に、「π／４，−π／４，−３π／４，・・・」となる。この信号は、２ビット目から順に「１０，００，０１，１０，・・・」の情報を有する信号を図５（ｂ）に示す４相位相変調方式で変調した信号と等しくなる。
【００３７】
このように、第１の光信号Ｓ１０を１ビットシフトし、位相を回転した調整信号Ｓ１３と、第２の光信号Ｓ２０とを合波器１２３で合波することで、４相光信号Ｓ３０が得られる。図８に示すように、この４相光信号の２ビット目には、第１の光信号Ｓ１０の２ビット目の情報と第２の光信号Ｓ２０の１ビット目の情報が重畳されている。また、４相光信号の３ビット目には、第１の光信号Ｓ１０の３ビット目の情報と第２の光信号Ｓ２０の２ビット目の情報が重畳されている。第１の光信号Ｓ１０と第２の光信号Ｓ２０に重畳されている情報は同じ情報であるため、４相光信号の２ビット目と３ビット目には、同じ情報（第１の光信号Ｓ１０、第２の光信号Ｓ２０の２ビット目の情報）が重複して重畳されていることになる。
【００３８】
信号抽出器１２７は、４相光信号Ｓ３０から重複している信号の一部を抽出し、送信信号を生成する。具体的には、４相光信号Ｓ３０の偶数ビット目の信号を抽出することで、図９に示すように、同じ情報が重複してない送信信号Ｓ４０を生成する。
【００３９】
シフト器１２２に入力される２相光信号と、シフト器１２２から出力される４相光信号との関係を以下に説明する。
２相光信号をＥｉｎ＿ｍ（ｍは、２相光信号の先頭からのビット数）、４相光信号Ｓ３０をＥｏｕｔ＿ｍ（ｍは、４相光信号の先頭からのビット数）とすると、シフト器１２２の伝達関数はＥｏｕｔ＿ｍ＝Ｅｉｎ＿ｍ−ｉ×Ｅｉｎ＿ｍ＋１となる。なおｉは、虚数単位である。また、２相光信号の位相と４相光信号の位相との関係を図１０に示す。このように、ｍビット目の２相光信号Ｅｉｎ＿ｍに、ｍ＋１ビット目の２相光信号Ｅｉｎ＿ｍ＋１を−π／２回転させた信号（−ｉ×Ｅｉｎ＿ｍ＋１）を合波することで、４相光信号Ｅｏｕｔ＿ｍが得られる。
【００４０】
なお、単純に２相光信号Ｅｉｎ＿ｍに、ｍ＋１ビット目の２相光信号Ｅｉｎ＿ｍ＋１を−π／２回転させた信号（−ｉ×Ｅｉｎ＿ｍ＋１）を合波すると、４相光信号Ｅｏｕｔ＿ｍの振幅は２相光信号Ｅｉｎ＿ｍ−ｉの√２倍となってしまう。４相光信号の振幅を２相光信号の振幅と同じにするためには、シフト器１２２に減衰器等を設けて４相光信号の振幅を（１／√２）倍に減衰させてもよい。あるいは、分波器１２１で２相光信号を分波する場合に、第２の光信号の振幅が２相光信号の振幅の（１／√２）倍となるように分波し、第１の光信号の振幅を振幅調整器１２６で２相光信号の振幅の（１／√２）倍、すなわち第２の光信号と同じになるように調整してもよい。
【００４１】
上述した中継器１００では、第１の光信号に対して位相、振幅の調整及びビットシフトを行うようにしているが、２相光信号に、この２相光信号に対して１ビット遅延、かつ位相が９０度ずれた信号を合波すればよく、第２の光信号に対して位相、振幅の調整及びビットシフトを行うようにしてもよい。
【００４２】
例えば、図１１に示す変調方式変換器１２０ａのように、第１の光信号及び第２の光信号の最大振幅が略等しくなるように、振幅調整器１２６ａによって第２の光信号の振幅を調整するようにしてもよい。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る中継器１００は、位相シフト器やビットシフト器等の簡易な構成で２相光信号を４相光信号に変換することができる。位相シフト器やビットシフト器等、変調方式変換器１２０の各構成は、非線形光学効果を用いずに単純な光回路構成のみで構成することが可能である。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、図１２を用いて信号抽出器の一例を説明する。図１２は、第２実施形態に係る中継器２００を示す図である。中継器２００は、同期検出器２４０を有しており、中継器２００の変調方式変換器２２０は、信号抽出器２２７を有している。それ以外の構成及び動作は、図２に示す中継器１００と同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。
【００４５】
同期検出器２４０は、例えば中継器２００に入力される２相光信号に含まれる同期信号を、パターンマッチング等により検出することで、２相光信号の同期検出を行う。同期検出器２４０は、２相光信号に含まれるビット列の先頭ビットと、１ビット周期を検出し、検出結果を信号抽出器２２７に渡す。
【００４６】
信号抽出器２２７は、同期検出器２４０から受け取った先頭ビット及び１ビット周期の情報に基づき、４相光信号から情報が重複している信号の一部を抽出する。本実施形態でも、第１実施形態と同様に４相光信号から偶数ビット目の信号を抽出するものとする。この場合、信号抽出器２２７は、同期検出器２４０が検出した先頭ビットから１ビット周期間の信号をカットする。同様に信号抽出器２２７は、先頭ビットから１ビット周期×ｋ（ｋは偶数）経過後の４相光信号を１ビット周期間だけカットする。信号抽出器２２７は、カット後の４相光信号を送信器１３０に渡す。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る中継器２００は、同期検出器２４０が検出した先頭ビット及び１ビット周期の情報に基づき、信号抽出器２２７が４相光信号から情報が重複する信号をカットする。これにより、フィルタ等を用いて信号抽出を行う場合に比べ、精度良く信号抽出を行うことができる。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、図１３を用いて第３実施形態に係る中継器３００を説明する。本実施形態に係る中継器３００の変調方式変換器３２０は、第１実施形態の分波器１２１、シフト器１２２及び合波器１２３の機能を遅延線干渉計（ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＤＬＩ）３２１で実現している点で第１実施形態と異なる。それ以外の構成及び動作は第１実施形態に係る中継器１００と同じである。
【００４９】
一般に遅延線干渉計３２１は、差動２相位相変調方式で変調された光信号を復調する復調器の一部として利用される。ここでは、まず、遅延線干渉計３２１を復調器の一部として利用する場合の例について説明する。
【００５０】
差動２相位相変調方式は、１ビット前に送信する光信号の位相を基準に、次に送信する光信号の位相を決定する変調方式である。１ビット前の光信号の位相を基準とすることで、基準信号を用いなくとも光信号の位相を識別できる。具体的には、１ビット前の送信信号と、送信するデータとの排他的論理和を算出し、算出結果に基づき搬送波の位相を変調することで、送信するデータを差動２相位相変調方式で変調し、差動２相光信号を生成する。
【００５１】
遅延線干渉計３２１を用いた復調器は、この差動２相光信号を復調し、データを得る。
図１４に遅延線干渉計３２１の一例を示す。図１４に示す遅延線干渉計３２１は、１つの入力端子Ｉ１と２つの出力端子Ｏ１、Ｏ２とを有する。入力端子Ｉ１には、２相光信号Ｅｉｎ（ｔ）が入力される。遅延線干渉計３２１は、出力端子Ｏ１から、第１の出力信号Ｅｏｕｔ１（ｔ）＝Ｅｉｎ（ｔ）＋Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）を出力する。Ｔは、２相光信号Ｅｉｎ（ｔ）の１ビット周期である。また遅延線干渉計３２１は、出力端子Ｏ２から、第２の出力信号Ｅｏｕｔ２（ｔ）＝Ｅｉｎ（ｔ）−Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）を出力する。
【００５２】
従って、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）との位相差がゼロ、すなわち、連続するビットの位相が同じ場合、出力端子Ｏ１からは、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）とＥｉｎ（ｔ＋Ｔ）との加算信号が第１の出力信号として出力される。出力端子Ｏ２からは、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）とが相殺され、信号が出力されない。
【００５３】
一方、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）との位相差がπ、すなわち、連続するビットの位相が逆位相の場合、出力端子Ｏ１からは、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）とが相殺され、信号が出力されない。出力端子Ｏ２からは、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）との加算信号が第２の出力信号として出力される。
【００５４】
復調器は、遅延線干渉計３２１の後段に、例えば出力信号の強度を検出する強度検出器を設け、第１の出力信号Ｅｏｕｔ１と第２の出力信号Ｅｏｕｔ２との間の信号強度の差分を検出することで、連続する入力信号Ｅｉｎ（ｔ）、Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）との間の位相の変化の有無を検出し、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）を復調する。
【００５５】
図１５に示すように、入力端子Ｉ１から各出力端子Ｏ１，Ｏ２への伝達関数は、１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の影響で、正弦波応答となる。図１５の直線は、出力端子Ｏ１への伝達関数を、破線は出力端子Ｏ２への伝達関数を示している。この正弦波応答の周期は、１ビット周期Ｔの逆数（１／Ｔ）に等しく、自由スペクトル領域（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）と呼ばれる。
【００５６】
図１５の縦軸は電力伝達率、横軸はＥｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相調整量をあらわしている。図１４に示すように、遅延線干渉計３２１には、位相調整器３２５が設けられている。位相調整器３２５は、１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相を回転する。図１５の横軸は、この回転量、すなわち位相調整量を示している。例えば、入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相を回転しない場合（図１５の動作点２）、出力端子Ｏ１の電力伝達率は１、出力端子Ｏ２の電力伝達率はゼロとなる。この場合、連続するビットの位相が同位相であれば第１の出力端子Ｏ１から第１の出力信号が出力され、第２の出力端子Ｏ２からは出力信号が出力されない。連続するビットの位相が逆位相であれば第１の出力端子Ｏ１から出力信号が出力されず、第２の出力端子Ｏ２から第２の出力信号が出力される。つまり、１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相を回転しないこと（図１５の動作点２）で、遅延線干渉計３２１を復調器の一部として動作させることができる。
【００５７】
本実施形態では、遅延線干渉計３２１を復調器ではなく、変調方式変換器３２０の一部として動作させる。このため、本実施形態では、遅延線干渉計３２１の入力端子Ｉ１を、受信器１１０と接続し、第１の出力端子Ｏ１を、信号抽出器１２７と接続する。第２の出力端子Ｏ２は開放端とし、位相調整器３２５で１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相を−π／２回転させる（図１５の動作点１で動作させる）ようにする。この場合、第１，第２の出力端子Ｏ１、Ｏ２ともに電力伝達率は０．５となる。連続するビットとの位相が同位相であっても逆位相であっても、第１，第２の出力端子Ｏ１、Ｏ２からそれぞれ第１，第２の出力信号が出力される。
【００５８】
位相調整器３２５で１ビット遅延した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）の位相を−π／２回転させた場合、第１の出力端子Ｏ１から出力される第１の出力信号Ｅｏｕｔ１は、入力信号Ｅｉｎ（ｔ）と、位相を−π／２回転した入力信号Ｅｉｎ（ｔ＋Ｔ）を加算した信号となる。この第１の出力信号Ｅｏｕｔ１は、第１の実施形態の４相光信号と同じ信号である。
【００５９】
このように、遅延線干渉計３２１を変調方式変換器３２０の一部として用いても、２相位相変調方式で変調された光信号を４相位相変調方式で変調された光信号に変換することができる。
【００６０】
次に図１６を用いて本実施形態の実験結果を説明する。ここでは、遅延線干渉計３２１のＦＳＲを１２ＧＨｚとしている。図１６（ａ）は、受信器１１０に入力される入力信号Ｅｉｎ（ｔ）を示している。図１６（ａ）に示す入力信号Ｅｉｎ（ｔ）は、２相位相変調方式で変調された光信号であり、１２Ｇｂａｕｄ（１２Ｇｂｉｔ）／ｓである光信号である。
【００６１】
図１６（ｂ）は、送信器１３０から送信される送信信号を示している。図１６（ｂ）に示す送信信号は、変調方式変換器３２０によって４相光信号に変換された信号であり、１２Ｇｂａｕｄ（２４Ｇｂｉｔ）／ｓである信号である。図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）に示す４相位相変調方式に変換した送信信号を復調した差動検波電気信号である。図１６（ｃ）より、変調方式変換器３２０によって４相光信号に変換された送信信号は、波形歪みが少ない良好な波形を有する信号であることがわかる。
【００６２】
位相調整器３２５を図１５の動作点１で動作させる、すなわち図１５に示すように第１、第２の出力端子Ｏ１，Ｏ２の電力伝達率が等しくなるように調整することで、図１６に示すように、遅延線干渉計３２１を変調方式変換器３２０の一部として利用することができる。
【００６３】
以上のように、本実施形態に係る中継器３００は、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、既存の遅延線干渉計３２１を用いて変調方式変換器３２０を構成することができ、容易に変調方式変換器３２０、中継器３００を設計することができる。
【００６４】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、中継器１００〜３００への入力信号を２相光信号としたが、差動２相光信号としてもよい。入力信号が差動２相光信号であっても、中継器１００〜３００は、入力信号を４相変調方式で変換された差動４相光信号に変換することができる。
【００６５】
また、上述した第１〜第３実施形態では、位相シフト器１２４が第１の光信号の位相を−π／２回転するとしたが、π／２回転するとしてもよい。つまり、上述した第１〜第３実施形態では第１の光信号の位相をＩ−Ｑ平面で時計回りにπ／２回転させたが、反時計回りにπ／２回転させても２相光信号を４相光信号に変換することができる。従って、π／２回転させるとは、±π／２回転させることを含むものとする。
【００６６】
図１７に、２相光信号の位相をＩ−Ｑ平面で反時計回りにπ／２回転させた場合の２相光信号の位相と４相光信号の位相との関係を示す。このように、ｍビット目の２相光信号Ｅｉｎ＿ｍに、ｍ＋１ビット目の２相光信号Ｅｉｎ＿ｍ＋１をπ／２回転させた信号（ｉ×Ｅｉｎ＿ｍ＋１）を合波することで、４相光信号Ｅｏｕｔ＿ｍが得られる。
【００６７】
最後に、上述した各実施形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６８】
１１０  受信器
１２０，２２０，３２０  変調方式変換器
１３０  送信器
１２１  分波器
１２２  シフト器
１２３  合波器
１２４  位相シフト器
１２５  ビットシフト器
１２６  振幅調整器
１２７，２２７  信号抽出器
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１６】
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【図１７】
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